(57)【要約】  本発明の回折格子レンズは、レンズ基体１７１と、前記レンズ基体１７１の表面に設けられており、複数の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた複数の同心円状の輪帯とを含む回折格子とを備えた回折格子レンズであって、前記レンズ基体１７１は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、前記回折格子は空気と接し、前記複数輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、内側周縁近傍の少なくとも一部に凹部１１および凸部１２の一方が設けられ、外側周縁近傍の少なくとも一部に前記凹部１１および前記凸部１２の他方が設けられており、前記回折段差１４の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として以下の関係を満たしている。【数９】2012023275.tif 000011
2012023275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ基体と、
前記レンズ基体の表面に設けられており、複数の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた複数の同心円状の輪帯とを含む回折格子と
を備えた回折格子レンズであって、
前記レンズ基体は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、
前記回折格子は空気と接し、
前記複数輪帯のそれぞれは、半径方向において、中央部および前記中央部を挟む一対の端部を含み、前記複数輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、前記一対の端部の一方の少なくとも一部に凹部および凸部の一方が設けられ、前記一対の端部の他方の少なくとも一部に前記凹部および前記凸部の他方が設けられており、
前記回折段差の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として
【数７】
2012023275.tif 000009
の関係を満たしている、回折格子レンズ。
【請求項２】
レンズ基体と、
前記レンズ基体の表面に設けられており、同心円状の複数の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた同心円状の複数の輪帯とを含む回折格子と、
前記回折格子を覆って前記レンズ基体に設けられた光学調整層と
を備えた回折格子レンズであって、
前記レンズ基体は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、
前記光学調整層は、前記使用波長λにおいて、屈折率ｎ2（λ）を有する第２の材料からなり、
前記複数輪帯のそれぞれは、半径方向において、中央部および前記中央部を挟む一対の端部を含み、前記複数輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、前記一対の端部の一方の少なくとも一部に凹部および凸部の一方が設けられ、前記一対の端部の他方の少なくとも一部に前記凹部および前記凸部の他方が設けられており、
前記回折段差の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として
【数８】
2012023275.tif 000010
の関係を満たしている、回折格子レンズ。
【請求項３】
前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は、前記少なくとも１つの輪帯の略全周にわたって設けられている請求項１または２に記載の回折格子レンズ。
【請求項４】
前記凸部および前記凹部の前記回折格子の光軸を含む平面上であって前記光軸と垂直な方向における幅は、前記少なくとも１つの輪帯の前記回折格子の光軸を含む平面上であって前記光軸と垂直な方向における幅の５％以上２５％以下の範囲にある請求項３に記載の回折格子レンズ。
【請求項５】
前記凸部および前記凹部の前記回折格子の光軸方向における高さは、前記回折段差の設計段差長ｄの３％以上２０％以下の範囲にある請求項４に記載の回折格子レンズ。
【請求項６】
前記複数輪帯において、前記凸部および前記凹部が設けられている請求項５に記載の回折格子レンズ。
【請求項７】
前記複数輪帯のうち、前記回折格子の外周近傍の少なくとも２つにおいて、前記凸部および前記凹部が設けられている請求項６に記載の回折格子レンズ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに規定される回折格子レンズと、
撮像素子と
を備えた撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折現象を利用して光の集光または発散を行う回折格子レンズ（回折光学素子）およびそれを用いた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズの表面に回折格子が設けられた回折格子レンズは、像面湾曲や色収差（波長による結像点のずれ）等のレンズ収差補正に優れている。これは、回折格子が逆分散性および異常分散性という特異な性質をもち、大きな色収差補正能力を備えているためである。回折格子を撮像用光学系に用いた場合、非球面レンズのみの撮像用光学系に比べ、同一性能をより少ないレンズ枚数で実現することができる。したがって、製造コストを低減させることができるとともに、光学長を短くすることができ、低背化を実現できるという利点がある。【０００３】
図１９（ａ）から（ｃ）を参照しながら、従来の回折格子レンズの形状を設計する方法を説明する。回折格子レンズは、主に位相関数法または高屈折率法によって設計される。ここでは、位相関数法を用いた設計方法を説明する。高屈折率法によって設計する場合も、最終的に得られる結果は同じである。【０００４】
回折格子レンズの形状は、回折格子が設けられるレンズ基体のベース形状、つまり、屈折レンズとしての形状と、回折格子の形状とを組み合わせることによって構成される。図１９（ａ）は、レンズ基体のベース形状Ｓｂが非球面である場合の一例を示しており、図１９（ｂ）は、回折格子の形状Ｓｐの一例を示している。図１９（ｂ）に示す回折格子の形状Ｓｐは、位相関数により決定される。位相関数は、下記式（１）で示される。
【数１】
2012023275.tif 000003
ここで、φ（ｒ）は図１９（ｂ）において形状Ｓｐで示される位相関数であり、Ψ（ｒ）は光路差関数（ｚ＝Ψ（ｒ））である。ｒは光軸からの半径方向の距離、λ0は設計波長であり、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、・・・、ａｉは係数である。【０００５】
１次の回折光を利用した回折格子の場合、図１９（ｂ）に示すように、輪帯は位相関数φ（ｒ）において基準点（中心）からの位相が２πになるごとに配置する。この２πごとに分断された位相関数の曲線による回折格子の形状Ｓｐを図１９（ａ）のベース形状Ｓｂに足し合わせることによって、図１９（ｃ）に示す回折格子面の形状Ｓｂｐが決定される。【０００６】
図１９（ｃ）に示す回折格子面の形状Ｓｂｐが実際のレンズ基体に設けられる場合、輪帯の段差高さ１６１が下記式（２）を満たせば回折効果が得られる。
【数２】
2012023275.tif 000004
ここで、ｍは設計次数（１次の回折光の場合はｍ＝１）であり、λは使用波長であり、ｄは回折格子の段差高さであり、ｎ1（λ）は使用波長λにおけるレンズ基体を構成するレンズ材料の屈折率である。レンズ材料の屈折率は波長依存性があり、波長の関数である。【０００７】
式（２）を満たすような回折格子であれば、輪帯の根元と先端とで、位相関数上において位相差が２πとなり、使用波長λの光に対して、光路差が波長の整数倍となる。このため、使用波長の光に対する１次回折光の回折効率（以下、「１次回折効率」という。）を、ほぼ１００％にすることができる。使用波長λが変化すれば、式（２）に従って、回折効率が１００％となるｄの値も変化する。逆に、ｄの値が固定されれば、式（２）を満たす使用波長λ以外の波長では回折効率が１００％とならない。【０００８】
回折格子レンズを一般的な撮像用途に用いる場合、広い波長帯域（例えば、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の可視光域等）の光を回折する必要がある。その結果、図２０に示すように、レンズ基体１７１に回折格子２７２が設けられた回折格子レンズに可視光線が入射する場合、使用波長λとして決定した波長の光による１次回折光１７５以外に不要な次数の回折光１７６（以下、「不要次数回折光」とも言う。）が発生する。例えば、段差高さｄを決定する波長を緑色光の波長（例えば５４０ｎｍ）とした場合、緑色光波長における１次回折効率は１００％となり、緑色光波長の不要次数回折光１７６は発生しないが、赤色光の波長（例えば６４０ｎｍ）や青色光の波長（例えば４４０ｎｍ）では１次回折効率が１００％とはならず、赤色の０次回折光や青色の２次回折光が発生する。これら赤色の０次回折光や青色の２次回折光が不要次数回折光１７６であり、フレアやゴーストとなって像面上に広がって画像を劣化させたり、ＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：変調伝達関数）特性を低下させたりする。図２０では、不要次数回折光１７６として２次回折光のみを示している。【０００９】
特許文献１は、図２１に示すように、回折格子２７２が形成されたレンズ基体１７１の表面上に、レンズ基体とは異なる屈折率および屈折率分散（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）を有する光学材料からなる光学調整層１８１を設けることを開示している。特許文献１は、回折格子２７２が形成されたレンズ基体１７１の屈折率と、回折格子１７２を覆うように形成された光学調整層１８１の屈折率とを特定の条件に設定することにより、回折効率の波長依存性を低減し、不要次数回折光によるフレアを抑制することができると開示している。【００１０】
特許文献２は、輪帯の壁面における反射光が輪帯表面を透過することを防ぐために、輪帯表面の段差根元の近辺に光吸収部を設けることを開示している。特許文献２によれば、この構造により、壁面反射フレア光が光学面を透過しないようにできる。【００１１】
特許文献３は、回折格子の輪帯頂点付近に凸部を設け、輪帯表面から出射される球面波状の光の波面を平面波状に成形し、回折効率を向上させる方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平０９―１２７３２１号公報
【特許文献２】特開２００６―１６２８２２号公報
【特許文献３】特開２００３―３１５５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１から３に開示されているような、従来技術において課題となっているフレア光は、１次回折効率の波長依存性に伴う不要次数回折光や輪帯の壁面における反射光によって生じる。【００１４】
これに対し、本願発明者は、回折格子レンズの回折格子の輪帯ピッチを小さくしていく、あるいは非常に光強度が高い被写体を撮影すると、上述した不要次数回折光とは異なる縞状フレアが発生することを見出した。このような縞状フレアが回折格子レンズにおいて発生することは知られていない。また、本願発明者によれば、特定の条件下では、縞状フレアが、撮影された画像の品質を大きく低下させる可能性があることが分かった。【００１５】
本発明は、このような課題の少なくとも１つを解決し、縞状フレアによる画像品質の劣化を抑制することのできる回折格子レンズおよびそれを用いた撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の回折格子レンズは、レンズ基体と、前記レンズ基体の表面に設けられており、複数の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた複数の同心円状の輪帯とを含む回折格子とを備えた回折格子レンズであって、前記レンズ基体は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、前記回折格子は空気と接し、前記複数輪帯のそれぞれは、半径方向において、中央部および前記中央部を挟む一対の端部を含み、前記複数輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、前記一対の端部の一方の少なくとも一部に凹部および凸部の一方が設けられ、前記一対の端部の他方の少なくとも一部に前記凹部および前記凸部の他方が設けられており、前記回折段差の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として
【数３】
2012023275.tif 000005
の関係を満たしている。【００１７】
本発明の回折格子レンズは、レンズ基体と、前記レンズ基体の表面に設けられており、同心円状の複数の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた同心円状の複数の輪帯とを含む回折格子と、前記回折格子を覆って前記レンズ基体に設けられた光学調整層とを備えた回折格子レンズであって、前記レンズ基体は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、前記光学調整層は、前記使用波長λにおいて、屈折率ｎ2（λ）を有する第２の材料からなり、前記複数輪帯のそれぞれは、半径方向において、中央部および前記中央部を挟む一対の端部とを含み、前記複数輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、前記一対の端部の一方の少なくとも一部に凹部および凸部の一方が設けられ、前記一対の端部の他方の少なくとも一部に前記凹部および前記凸部の他方が設けられており、前記回折段差の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として
【数４】
2012023275.tif 000006
の関係を満たしている。【００１８】
ある好ましい実施形態において、前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は、前記少なくとも１つの輪帯の略全周にわたって設けられている。【００１９】
ある好ましい実施形態において、前記凸部および前記凹部の前記回折格子の光軸を含む平面上であって前記光軸と垂直な方向における幅は、前記少なくとも１つの輪帯の前記回折格子の光軸を含む平面上であって前記光軸と垂直な方向における幅の５％以上２５％以下の範囲にある。【００２０】
ある好ましい実施形態において、前記凸部および前記凹部の前記回折格子の光軸方向における高さは、前記回折段差の設計段差長ｄの３％以上２０％以下の範囲にある。【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記複数輪帯において、前記凸部および前記凹部が設けられている。【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記複数輪帯のうち、前記回折格子の外周近傍の少なくとも２つにおいて、前記凸部および前記凹部が設けられている。【００２３】
本発明の撮像装置は、上記いずれかに規定される回折格子レンズと、撮像素子とを備える。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、輪帯の内側の端部に凹部および凸部のいずれか一方が設けられ、外側の端部に他方が設けられているため、縞状フレアの発生位置をシフトさせることができる。これにより、撮影画像上において、縞状フレアの一部を光源の像と重ね合わせることができ、あるいは、撮像面上において、縞状フレアの一部の集光位置を外方向へシフトさせることができる。このため、光源周辺に発生する縞状フレアの積算光量を低減し、得られる撮影画像の縞状フレアによる影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による回折格子レンズの実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示す回折格子レンズの回折格子近傍の断面図である。
【図３】図１に示す回折格子レンズにおける、輪帯透過後の波面の状態を示す図である。
【図４】図１に示す回折格子レンズを透過した光により撮像素子の撮像面に発生する縞状フレアの形状を表す図である。
【図５】第１の実施形態における他の形態の回折格子近傍の断面図である。
【図６】図５に示す形態における、輪帯透過後の波面の状態を示す図である。
【図７】第１の実施形態におけるさらに他の形態を示す断面図である。
【図８】（ａ）から（ｆ）は、第１の実施形態における回折格子の断面形状の他の例を示している。
【図９】本発明による回折格子レンズの第２の実施形態を示す断面図である。
【図１０】図９に示す回折格子レンズの回折格子近傍の断面図である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は、本発明による光学素子の実施形態を示す断面図および平面図であり、（ｃ）および（ｄ）は、本発明による光学素子の他の形態を示す断面図および平面図である。
【図１２】本発明による撮像装置の実施形態を示す模式的な断面図である。
【図１３】（ａ）および（ｂ）は、実施例１の回折格子レンズの１つの輪帯の一部を上から見た図およびその輪帯の高さプロファイルを示す図である。
【図１４】実施例１の回折格子レンズから出射した光の２次元像図である。
【図１５】（ａ）および（ｂ）は、実施例２の回折格子レンズの１つの輪帯の一部を上から見た図およびその輪帯の高さプロファイルを示す図である。
【図１６】実施例２の回折格子レンズから出射した光の２次元像図である。
【図１７】（ａ）および（ｂ）は、比較例の回折格子レンズの１つの輪帯の一部を上から見た図およびその輪帯の高さプロファイルを示す図である。
【図１８】比較例の回折格子レンズから出射した光の２次元像図である。
【図１９】（ａ）から（ｃ）は、従来の回折格子レンズの回折格子面形状の導出方法を示す図である。
【図２０】従来の回折格子レンズにおいて、不要回折光が発生する様子を表す図である。
【図２１】従来の光学調整層を備えた回折格子レンズを示す断面図である。
【図２２】光軸方向から見た回折格子の輪帯を示す図である。
【図２３】狭い輪帯を透過した光の波面を示す図である。
【図２４】輪帯を通過した光線束が集光される撮像素子上に縞状フレアが発生する様子を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
まず、本願発明者が明らかにした回折格子レンズによって生じる縞状フレアについて説明する。
【００２７】
図２２は、回折格子レンズを光軸方向から見た平面図である。図２３は、回折格子の断面および回折格子を透過した光の波面の位相状態を模式的に示している。図２２に示すように、回折格子２７２は、同心円状に配置された複数の輪帯を含んでいる。図２２および図２３に示すように、複数の輪帯のうち、１つの輪帯２０１に着目すると、隣接する輪帯とは、輪帯間に設けられる回折段差２０３によって分断されているため、輪帯２０１を透過する光は、回折段差２０３の位置で分断される。このため、回折格子の各輪帯を透過する光は、輪帯のピッチΛのスリットを通過する光と見なすことができる。
【００２８】
輪帯のピッチΛが小さくなると、回折格子レンズを透過する光は、同心円状に配置された非常に狭いスリットを通過する光と見なすことができる。この結果、図２３に示すように、回折段差２０３近傍で、光の波面の回り込み２１１が見られるようになる。この波面の回り込み２１１が、縞状フレア１９１を発生させる要因である。
【００２９】
図２４は、回折格子が設けられた回折格子レンズへ、光軸１７３に対して斜めから光が入射し、出射光が回折格子によって回折する様子を模式的に示している。一般に、非常に狭く遮光されたスリットを通過する際に回り込んだ光は、無限遠の観測点において中央の集光点の周辺に回折縞を形成する。これをフラウンホーファー回折と呼ぶ。この回折現象は、正の焦点距離を有するレンズ系においては有限距離（焦点面）でも発生する。回折格子には通常輪帯が複数含まれるため、各々の輪帯２０１がフラウンホーファー回折による回折縞を形成する。
【００３０】
本願発明者は、輪帯２０１のピッチΛが小さくなると、各輪帯２０１を透過した光が互いに干渉し、図２４に示すような扇型の縞状フレア１９１を発生させることを実レンズによる画像評価で確認した。また、この縞状フレア１９１は、従来より知られている不要次数回折光を発生させる入射光よりもさらに多量の光が撮像用光学系に入射したときに顕著に現れること、また、不要次数回折光は特定の波長に対しては発生しないが、縞状フレア１９１は設計波長を含め使用波長帯域全域で発生することが分かった。
【００３１】
縞状フレア１９１は、画像上で、不要次数回折光よりも大きく広がって画質を劣化させる。特に、夜間にライトなどの明るい被写体を写し出す場合などコントラスト比が大きい環境下では、縞状フレア１９１は特に目立ち、問題となる。また、縞状フレア１９１は縞状に明暗がはっきりとして発生するため、撮影画像において不要次数回折光よりも目立つものとなる。
【００３２】
本願発明者は撮影画像に現れる縞状フレアによる影響を抑制するために、新規な構造を備えた回折格子レンズおよびこれを用いた撮像装置を想到した。以下、図面を参照しながら、本発明による回折格子レンズの実施形態を説明する。
【００３３】
（第１の実施形態）
以下、本発明による回折格子レンズの実施形態を説明する。図１は、本実施形態の回折格子レンズ１の構造を示す断面図である。回折格子レンズ１はレンズ基体１７１と、レンズ基体１７１の表面に設けられた回折格子１７２とを備える。
【００３４】
レンズ基体１７１は、第１の光学材料からなる。第１の光学材料の屈折率は、ｎ1（λ）で表わされる。ここでλは回折格子レンズ１の使用波長である。第１の光学材料の屈折率は波長依存性があり、波長の関数である。また、回折格子１７２は、屈折率ｎ2の媒質と接している。典型的な回折格子レンズ１の使用例では、媒質は、空気であり、屈折率ｎ2は１である。
【００３５】
レンズ基体１７１は第１の表面１７１ａおよび第２の表面１７１ｂを有し、第２の表面１７１ｂに回折格子１７２が設けられている。また、回折格子１７２は、少なくともレンズ基体１７１の有効領域Ａｅ内に設けられている。有効領域Ａｅとは、回折格子レンズ１のうち、集光あるいは発散作用を有する部分を言う。また、絞りなどによって回折格子レンズ１に入射する光が制限されている場合には、集光あるいは発散作用を有する領域のうち、光が入射する部分をいう。
【００３６】
本実施形態では、回折格子１７２は第２の表面１７１ｂに設けられているが、第１の表面１７１ａに設けられていてもよく、第１の表面１７１ａおよび第２の表面１７１ｂの両方に設けられていてよい。
【００３７】
また、本実施形態では、第１の表面１７１ａおよび第２の表面１７１ｂのベース形状は非球面形状であるが、ベース形状は球面や、平板形状であってもよい。第１の表面１７１ａおよび第２の表面１７１ｂの両方のベース形状が同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、第１の表面１７１ａおよび第２の表面１７１ｂのベース形状はそれぞれ凸型非球面形状であるが、凹型非球面形状であってもよい。さらに、第１の表面１７１ａおよび第２の表面１７１ｂのベース形状のうち一方が、凸型であり、他方が凹型であってもよい。
【００３８】
本願明細書において、ベース形状とは、回折格子１７２の形状が付与される前のレンズ基体１７１の表面の設計上の形状を言う。回折格子１７２などの構造物が表面に付与されていなければ、レンズ基体１７１の表面がベース形状を有している。本実施形態では第１の表面１７１ａには回折格子が設けられていないため、第１の表面１７１ａのベース形状は第１の表面１７１ａが有する表面形状であり、非球面形状である。
【００３９】
第２の表面１７１ｂは、ベース形状に回折格子１７２が設けられることによって構成されている。第２の表面１７１ｂには回折格子１７２が設けられているため、回折格子１７２が設けられた状態では、レンズ基体１７１の第２の表面１７１ｂは非球面形状ではない。しかし、回折格子１７２は以下に説明するように所定の条件に基づく形状を有するため、回折格子１７２の形状が設けられた第２の表面１７１ｂのマクロ形状から、第２の表面１７１ｂのベース形状を推定することができる。ベース形状は設計上の形状であるため、回折格子１７２を付与する前のレンズ基体１７１がベース形状の表面を有している必要はない。
【００４０】
図２は、回折格子レンズ１の光軸１７３を含む平面における、回折格子１７２近傍の断面を拡大して示している。図１および図２に示すように、回折格子１７２は、複数の回折段差１４、および、複数の回折段差１４のうち隣接する一対にそれぞれはさまれた複数の同心円状の輪帯１３を含む。本実施形態では、輪帯１３は、第１の表面１７１ａのベース形状である非球面および第２の表面１７１ｂのベース形状である非球面の光軸１７３を中心とし、同心円状に配置されている。つまり、回折格子５２の光軸は非球面の光軸１７３と一致する。この光軸１７３は回折格子レンズ１全体の光軸でもある。撮像用光学系において、収差特性を良好にするためには、輪帯１３の形状が光軸１７３に対し回転対称であることが望ましい。
【００４１】
図２に示すように、本実施形態では、各輪帯１３は、半径方向において、中央部１３Ｃおよび中央部１３Ｃを挟む一対の端部１３Ｅを含んでいる。各輪帯１３において、内側の端部１３Ｅには、凹部１１が設けられており、外側の端部１３Ｅには凸部１２が設けられている。凹部１１および凸部１２は、内側の端部１３Ｅおよび外側の端部１３Ｅのそれぞれの一部に設けられており、好ましくは、内側の端部１３Ｅおよび外側の端部１３Ｅの全体にわたって設けられている。各輪帯１３は、回折格子レンズ１の光軸１７３を含む平面において、鋸刃の断面形状を有しており、回折格子レンズ１の中心側に鋸刃の先端が位置し、外側に鋸刃の根元が位置している。レンズ基体１７１の屈折率ｎ1（λ）が、回折格子１７２の接する媒質の屈折率ｎ2より大きい場合、この形状により、回折格子１７２は１次の回折光を利用して光を集光する。
【００４２】
輪帯１３のうち、凹部１１および凸部１２が設けられていない輪帯の中央部１３Ｃは、従来と同様、回折格子レンズ１に入射する光から、設計された次数の回折光を利用することにより、設計された集光状態の光に変換するように構成されている。具体的には、輪帯の中央部１３ｃの形状は、式（１）で示される位相関数によって決定される形状を有している。また、回折段差１４は、式（１）で示される位相関数において基準点（中心）からの位相が２πになるごとに配置されている。
【００４３】
図２に示すように、凹部１１および凸部１２が設けられるため、回折段差１４の段差長（隣接する輪帯１３の光軸１７３方向の位置の差）は、凹部１１および凸部１２の光軸１７３方向の高さ分だけ、凹部１１および凸部１２を設けない場合の回折段差の段差長に比べて短くなる。しかし、これは、回折段差１４の根元および先端に、凸部１２および凹部１１が設けられるために、見かけ上、回折段差１４の段差長が、短くなっているだけである。図２に示すように、回折格子レンズ１において、隣接する輪帯１３間における中央部１３ｃの光軸１７３方向における距離は、設計段差長ｄに等しい。
【００４４】
設計段差長ｄが、回折格子レンズ１の使用波長の全域において、上述の式（２）を満足する場合、回折格子レンズ１は、波長に依存せずに１００％の回折効率を得ることができる。ここで、ｍは設計次式（１次の回折光の場合はｍ＝１）であり、ｎ1（λ）は使用波長λにおけるレンズ基体１７１を構成するレンズ材料の屈折率である。しかし、実際の回折格子レンズ１においては、回折効率が１００％でなくても、おおむね回折効率が９０％以上であれば、十分な光学性能を得ることができる。この条件は、詳細な検討によれば、式（３）で示される。
【数５】
2012023275.tif 000007
【００４５】
本実施形態の回折格子レンズ１は、輪帯１３に凹部１１および凸部１２が設けられていることにより、縞状フレアが抑制される。その理由を以下において詳細に説明する。
【００４６】
図３は、回折格子レンズ１の光軸を含む平面における回折格子１７２近傍の断面図である。レンズ基体１７１の屈折率ｎ1（λ）が、回折格子１７２に接する媒質の屈折率ｎ2よりも大きい場合、回折格子１７２の各輪帯１３において、凸部１２が設けられている部分では、レンズ基体１７１を透過する光の光路長が凸部１２の分だけ長くなる。逆に、凹部１１が設けられている部分では、レンズ基体１７１を透過する光の光路長が凹部１１の分だけ短くなる。その結果、各輪帯１３を透過した光のうち、輪帯１３の内側の端部１３Ｅに位置する凹部１１を透過した光の波面は、輪帯１３の中央部１３ｃを透過した光の波面よりも進む。また、輪帯１３の外側の端部１３Ｅに位置する凸部１２を透過した光の波面は、輪帯１３の中央部１３ｃを透過した光の波面よりも遅れる。
【００４７】
縞状フレア１９１は、回折格子の狭い輪帯を透過した場合における透過光の波面の回り込みによって生じるため、凸部１２および凹部１１により波面の遅れおよび進みなどの位相変調によって、輪帯の両端において、回り込んだ光の波面の進行方向が変化する。本実施形態では、輪帯の中央部１３ｃを透過して進行する光の方向に対して回り込んだ光の波面の進行方向は、外側、つまり、矢印Ｑの方向に変化する。これに対し、各輪帯１３の中央部１３ｃを透過し、回折する光の波面の進行方向は変化しない。
【００４８】
図３では、光軸１７３に平行な光が輪帯１３を透過する場合における透過光の波面を示しているが、凸部１２および凹部１１による位相変調は、光軸１７３に対して非平行な光が輪帯１３を透過する場合にも生じる。つまり、本実施形態では、光軸１７３に対して非平行な光が輪帯１３を透過する場合も、輪帯１３の両端において回り込んだ光の波面の進行方向は、輪帯１３の中央部１３ｃを透過して進行する光の波面の進行方向に対して外側（矢印Ｑの方向）に変化する。
【００４９】
これにより、撮像素子上における縞状フレア１９１の集光位置が外方向（撮影画像上における周辺方向）へシフトし、縞状フレア１９１の像の一部が光源の像１９０と重なる。その結果、光源周辺に発生する縞状フレアの積算光量を低減することができる。つまり、得られる撮影画像の縞状フレアによる影響が低減できる。
【００５０】
特に、本実施形態の回折格子レンズ１では、輪帯１３の内側の端部１３Ｅおよび外側の端部１３Ｅにそれぞれ、凹部１１および凸部１２が設けられているため、縞状フレア１９１の進行方向を大きく変化させることが可能となり、撮影画像上の縞状フレア１９１を効果的に低減することが可能となる。輪帯１３の内側の端部１３Ｅおよび外側の端部１３Ｅにおいて、凹凸を反転させない場合、つまり、内側の端部１３Ｅおよび外側の端部１３Ｅにそれぞれ凹部を形成する場合、あるいは、凸部を形成する場合、凹凸形状により生じる波面の位相の変化が打ち消され、波面の進行方向の変化も小さくなる。したがって、縞状フレア１９１を低減する効果も小さくなってしまう。
【００５１】
また、凹部１１および凸部１２を設けることによる縞状フレア１９１を抑制する効果は、輪帯１３の両端部１３Ｅを透過し回り込んだ光の波面の位相を変化させることにより得られる。このため、両端部１３Ｅを透過する光の進行方向は、凹部１１および凸部１２を構成する面における屈折によって大きく変化しないことが好ましい。具体的には、凹部１１の底面および凸部１２の上面は、輪帯１３の中央部１３Ｃの傾斜面とほぼ平行であることが好ましい。中央部１３Ｃの傾斜面と凹部１１の底面および凸部１２の上面とが１０度より大きい角度をなしている場合、両端部１３Ｅを透過する光の進行方向が大きく変化し、上述した本発明の効果が十分に得られないだけでなく、不要な迷光が生じ、縞状フレア１９１とは異なるフレアが発生する原因となる。
【００５２】
縞状フレア１９１による撮像画像への影響を低減させるのに十分な位相変化を発生させるためには、図２に示すように、回折格子１７２の光軸を含む平面上であって光軸と垂直な方向における凹部１１および凸部１２の幅ｗ１およびｗ２は、それぞれ輪帯１３の回折格子１７２の光軸を含む平面上であって光軸と垂直な方向における幅Ｗの５％以上であることが好ましい。ここで、凹部１１または凸部１２が、光軸方向に一様な幅ｗ１またはｗ２を有していない場合には、各凹部１１または凸部１２の光軸方向における最大の幅を幅ｗ１またはｗ２と定義する。
【００５３】
一方、凹部１１および凸部１２は、回折による本来の集光位置に集光される光線束を減少（回折パワーの低減）させ、収差を発生させる要因となりうる。また、凹部１１および凸部１２による位相の変化は、本来集光に寄与すべき回折光に対して位相が進行した成分および後退した成分を発生させることから、回折効率の波長依存性を乱し、不要次数回折光を発生させる可能性がある。このような収差や不要次数回折光の発生に伴う画質低下を抑制するために、凹部１１および凸部１２の回折格子１７２の光軸を含む平面上であって光軸と垂直な方向における幅ｗ１およびｗ２は、それぞれ輪帯１３の回折格子１７２の光軸を含む平面上であって光軸と垂直な方向における幅Ｗの２５％以下であることが好ましい。したがって、凹部１１および凸部１２の回折格子１７２の光軸を含む平面上であって光軸と垂直な方向における幅ｗ１およびｗ２は、それぞれ輪帯１３の回折格子１７２の光軸を含む平面上であって光軸と垂直な方向における幅Ｗの５％以上２５％以下の範囲の値であることが好ましい。
【００５４】
また、凹部１１の光軸と平行な方向における高さ（深さ）ｄ１および凸部１２の高さｄ２は、小さすぎると位相差が小さいため、縞状フレア１９１を十分低減させることができない。他方、高さｄ１および高さｄ２が大きすぎると、凹部１１および凸部１２の幅の場合と同様、回折パワーが低下し、不要次数回折光１７６や収差の発生による画質劣化が発生する。このため、凹部１１の高さｄ１および凸部１２の高さｄ２は、それぞれ、回折段差の設計段差長ｄの３％以上２０％以下の範囲であることが好ましい。ここで、凹部１１または凸部１２が、光軸と垂直な方向に一様な高さｄ１およびｄ２を有していない場合には、各凹部１１または凸部１２の光軸と垂直な方向における最大の高さを高さｄ１またはｄ２と定義する。
【００５５】
凹部１１および凸部１２の幅ｗ１およびｗ２は、上述した範囲の値である限り、互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。また、複数の輪帯１３における凹部１１の幅ｗ１および凸部１２の幅ｗ２はすべて同じであってもよいし、異なっていてもよい。同様に、凹部１１および凸部１２の高さｄ１、ｄ２は、互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。また、複数の輪帯１３における、凹部１１の高さｄ１および凸部１２の高さｄ２はすべて同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００５６】
本願発明者は実レンズを用いた画像評価により、輪帯１３に凹部１１および凸部１２を形成することにより、形成しない場合と比較して、縞状フレア１９１の集光位置が変化することを確認した。図４は、回折格子１７２が最も撮像素子側に位置するように、回折格子レンズ１を配置した場合において、撮像素子１７４によって撮影された画像における縞状フレア１９１を模式的に示している。図２４に示した、従来の撮像装置における縞状フレア１９１の分布と比較すれば、明らかなように、例えば、画像周辺部に強い光源が移り込むように光源を配置した場合、本実施形態の回折格子レンズ１を使用すると、光源の像に対して画像中央部寄りの縞状フレア１９１の強度が低下する。これは、縞状フレア１９１の集光位置が、撮像面上において外方向にシフトし、縞状フレアの像の一部が光源の像と重なるからである。
【００５７】
なお、上記本実施形態では、輪帯１３の内側の端部１３Ｅに凹部１１を設け、外側の端部１３Ｅに凸部１２を設けることによって、縞状フレア１９１の発生位置を、撮影画像上の周辺方向へシフトさせていた。本実施形態の回折格子レンズ１の多くの用途では、撮影画像の中心部により重要な情報が位置する場合が多いため、撮影画像上の周辺方向に縞状フレア１９１をシフトさせることによって、縞状フレアによる像品質の劣化を抑制することのでき、高品質画像あるいは画像を得ることができる。しかし、用途によっては、回折格子レンズ１によって集光される光源の像に対して画像周辺側に重要な情報が位置しているために、縞状フレアを撮影画像上の中心方向へシフトさせた方がよい場合がある。この場合には、図１、２に示す回折格子レンズ１において、凹部１１および凸部１２の位置を入れ替えればよい。
【００５８】
具体的には、図５に示すように、各輪帯１３において、内側の端部１３Ｅに凸部１２を設け、外側の端部１３Ｅには凹部１１を設ければよい。図６に示すように、各輪帯１３において、凸部１２が設けられている部分では、レンズ基体１７１を透過する光の光路長が凸部１２の分だけ長くなる。逆に、凹部１１が設けられている部分では、レンズ基体１７１を透過する光の光路長が凹部１１の分だけ短くなる。その結果、各輪帯１３を透過した光のうち、輪帯１３の外側の端部１３Ｅに位置する凹部１１を透過した光の波面は、輪帯１３の中央部１３ｃを透過した光の波面よりも進む。また、輪帯１３の内側の端部１３Ｅに位置する凸部１２を透過した光の波面は、輪帯１３の中央部１３ｃを透過した光の波面よりも遅れる。その結果、輪帯１３の両端において、回り込んだ光の波面の進行方向が変化し、輪帯の中央部１３ｃを透過して進行する光の方向に対して回り込んだ光の波面の進行方向は、内側、つまり、矢印Ｑ’の方向に変化する。これに対し、各輪帯１３の中央部１３ｃを透過し、回折する光の波面の進行方向は変化しない。これにより、撮像素子上における縞状フレア１９１の集光位置が内方向（撮影画像上の中心方向）へシフトし、縞状フレア１９１の像の一部が光源の像１９０と重なる。その結果、撮像素子上の周辺部における縞状フレア１９１の強度を低減させることができる。
【００５９】
また、上記実施形態とは異なり、レンズ基体１７１の屈折率ｎ1（λ）は、回折格子１７２の接する媒質の屈折率ｎ2より小さくてもよい。図７に示す回折格子レンズ１’は、媒質の屈折率ｎ2より小さい屈折率ｎ1（λ）を有するレンズ基体１７１を備えている。第２の実施形態で説明するように、例えば、回折格子１７２の表面を光学調整層で覆う場合において、光学調整層の屈折率の方が、レンズ基体１７１の屈折率ｎ1（λ）より大きい場合、図７に示す構造が好適に用いられる。
【００６０】
図７に示すように、回折格子レンズ１’において、各輪帯１３は、回折格子レンズ１の光軸１７３を含む平面において、鋸刃の断面形状を有しており、回折格子レンズ１の中心側に鋸刃の根元が位置し、外側に鋸刃の先端が位置している。レンズ基体の屈折率ｎ1（λ）が、回折格子１７２の接する媒質の屈折率ｎ2より小さい場合、この形状により、回折格子１７２は１次の回折光を利用して光を集光する。また、各輪帯１３において、内側の端部１３Ｅには、凸部１２が設けられており、外側の端部１３Ｅには凹部１１が設けられている。
【００６１】
回折格子レンズ１’において、レンズ基体の屈折率ｎ1（λ）が、回折格子１７２の接する媒質の屈折率ｎ2より小さいため、各輪帯１３を透過した光のうち、輪帯１３の内側の端部１３Ｅに位置する凸部１２を透過した光の波面は、輪帯１３の中央部１３ｃを透過した光の波面よりも進む。また、輪帯１３の外側の端部１３Ｅに位置する凹部１１を透過した光の波面は、輪帯１３の中央部１３ｃを透過した光の波面よりも遅れる。このため、輪帯の中央部１３ｃを透過して進行する光の方向に対して回り込んだ光の波面の進行方向は、外側、つまり、矢印Ｑの方向に変化する。これにより、撮像素子上における縞状フレア１９１の集光位置が外側（撮像面における周辺側）へシフトし、縞状フレア１９１の像の一部が光源の像１９０と重なる。その結果、光源周辺に発生する縞状フレアの積算光量を低減し、得られる撮影画像の縞状フレアによる影響が低減できる。
【００６２】
これまで説明してきた本実施形態の回折格子レンズにおいて、輪帯に設ける凹部１１および凸部１２の光軸を含む平面における断面形状は矩形であった。凹部１１および凸部１２の断面形状は、矩形以外の形状であってもよい。
【００６３】
図８（ａ）から（ｆ）は、本実施形態の回折格子レンズ１の輪帯１３の断面形状の例を示している。上述したように、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、凹部１１および凸部１２は回折格子レンズ１の光軸を含む平面において、矩形の断面形状を有していてもよい。また、図８（ｃ）および（ｄ）に示すように、凹部１１の底部が凹状の円弧を有し、凸部１２の上部が突出した円弧を有する断面形状であってもよい。さらに、図８（ｅ）および（ｆ）に示すように、凹部１１および凸部１２は角が丸められた矩形の断面形状を有していてもよい。ただし、上述した理由から、凹部１１の底面および凸部１２の上面を構成する主要な面と中央部１３Ｃの傾斜面とがなす角度は１０度以下であることが好ましい。
【００６４】
また、本実施形態では、凹部１１および凸部１２はすべての輪帯に設けられていたが、複数の輪帯の少なくとも２つに凹部１１および凸部１２を設けることによって、撮影画像上の所望の位置における縞状フレアの影響を特に抑制してもよい。たとえば、撮影画像の周辺部分における縞状フレアを抑制したい場合には、図１に示すレンズ基体の有効領域Ａｅにおける回折格子の半径方向における中央より外側おいて、また、輪帯の内側の端部Ｅおよび外側の端部の一部分にのみ凹部１１および凸部１２を設け、撮影画像上の特定の方向の縞状フレアを抑制してもよい。また、絞りなどによって回折格子レンズの回折格子の一部の領域に光が入射する場合、つまり、回折格子が設けられた領域の一部が有効領域である場合、輪帯の有効領域内にある部分に凹部１１および凸部１２が設けられていればよい。
【００６５】
このように本実施形態の回折格子レンズによれば、輪帯の内側の端部に凹部および凸部のいずれか一方が設けられ、外側の端部に他方が設けられているため、縞状フレアの発生位置をシフトさせることができる。これにより、撮影画像上において、縞状フレアの一部を光源の像と重ね合わせることができ、あるいは、撮像面上において、縞状フレアの一部の集光位置を外側へシフトさせることができる。このため、光源周辺に発生する縞状フレアの積算光量を低減し、撮影画像に現れる縞状フレアによる影響を抑制することができる。
【００６６】
（第２の実施形態）
以下、本発明の回折格子レンズの第２の実施形態を説明する。図９は、本実施形態の回折格子レンズ２の構造を示す断面図である。回折格子レンズ２は、レンズ基体１７１と、レンズ基体１７１の表面に設けられた回折格子１７２と、回折格子１７２を覆ってレンズ基体１７１に設けられた光学調整層１８１とを備える。
【００６７】
図１０は、回折格子レンズ２の光軸１７３を通る平面における回折格子１７２近傍の断面を拡大して示している。レンズ基体１７１および回折格子１７２は、第１の実施形態で説明した構造を備える。具体的には、第１の実施形態と同様、レンズ基体１は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなる。また、回折格子１７２は、複数の回折段差１４、および、複数の回折段差１４のうち隣接する一対にそれぞれはさまれた複数の同心円状の輪帯１３を含む。各輪帯１３において、内側の端部１３Ｅには、凹部１１が設けられており、外側の端部１３Ｅには凸部１２が設けられている。
【００６８】
光学調整層１８１は、使用波長λにおいて、屈折率ｎ2（λ）を有する第２の材料からなり、図１０に示すように、少なくとも回折段差１４および内側の端部１３Ｅの凹部１１を埋めるように回折格子１７２を覆っている。
【００６９】
図９に示す回折格子レンズ２では、レンズ基体１７１の屈折率ｎ1（λ）は光学調整層１８１の屈折率ｎ2（λ）より大きい。また、図１に示す回折格子レンズ１と同様、各輪帯１３は、回折格子レンズ２の光軸１７３を含む平面において、鋸刃の断面形状を有しており、回折格子レンズ２の中心側に鋸刃の先端が位置し、外側に鋸刃の根元が位置している。これにより、回折格子１７２は、１次の回折光を利用して光を集光する。
【００７０】
一般的な回折格子レンズの場合、回折格子が接する媒質は空気である。このとき、図２０を参照して説明した不要次数回折光１７６が発生する。強い光源下においては、不要次数回折光１７６より縞状フレア１９１の方が顕著に発生するため、第１の実施形態に示した構造を有する回折格子レンズ１であれば、縞状フレア１９１を抑制することにより、撮影される画像の画質は十分に良好になる。しかし、より良好な画質の光学系を得るためには、縞状フレア１９１だけでなく不要次数回折光１７６も除去することが望ましい。このため、回折格子レンズ２は、回折効率の波長依存性を低減するような屈折率の波長特性を有する光学調整層１８１を備えている。回折格子レンズ２の回折段差が満たすべき条件は、上記式（３）において、空気の屈折率１を光学調整層１８１の屈折率に置き換えたものに等しい。具体的には、ｍを回折次数とした場合、回折段差の設計段差長ｄ、レンズ基体１７１の屈折率ｎ1（λ）および光学調整層１８１の屈折率ｎ2（λ）は、以下の関係を満足している。
【数６】
2012023275.tif 000008
【００７１】
屈折率ｎ2（λ）が屈折率ｎ1（λ）より大きい場合、ベース形状に位相差を反転させて足し合わせるという意味をもつ。
【００７２】
本実施形態の回折格子レンズ２は、第１の実施形態の回折格子レンズ１と比べて、回折段差の設計段差長ｄが大きくなる傾向にある。これに伴い、縞状フレア１９１を低減するために必要となる凹部１１および凸部１２の高さも、第１の実施形態と比べて大きくなる。この結果、凹部１１および凸部１２を形成することが容易となり、縞状フレア１９１も効果的に低減することができる。
【００７３】
なお、図９に示す回折格子レンズ２においては、レンズ基体１７１の屈折率ｎ1（λ）が光学調整層１８１の屈折率ｎ2（λ）より大きいが、２つの屈折率の関係は逆であってもよい。レンズ基体１７１の屈折率ｎ1（λ）が光学調整層１８１の屈折率ｎ2（λ）より小さい場合、レンズ基体１７１は図７に示すように、回折格子レンズ１の中心側に鋸刃の根元が位置し、外側に鋸刃の先端が位置している形状をとり、その上に光学調整層１８１が形成される。
【００７４】
（第３の実施形態）
本発明による光学素子の実施形態を説明する。図１１（ａ）は、本発明による光学素子の実施形態を示す模式的断面図であり、図１１（ｂ）はその平面図である。光学素子３は、回折格子レンズ２１と回折格子レンズ２２とを備える。回折格子レンズ２１は、例えば第１の実施形態の回折格子レンズ１であり、第１の実施形態で説明した構造を有する回折格子１７２が設けられている。回折格子レンズ２２は、第１の実施形態の図７に示す構造の回折格子１７２が設けられている。回折格子レンズ２１と回折格子レンズ２２とは所定の間隙２３を隔てて保持されている。
【００７５】
図１１（ｃ）は、本発明による光学素子の他の実施形態を示す模式的断面図であり、図１１（ｄ）はその平面図である。光学素子３’は、回折格子レンズ２１Ａと回折格子レンズ２１Ｂと光学調整層２４と備える。回折格子レンズ２１Ａの一面には第１の実施形態で説明した構造を有する回折格子１７２が設けられている。同様に回折格子レンズ２１Ｂにも回折格子１７２が設けられている。光学調整層２４は、回折格子レンズ２１Ａの回折格子１７２を覆っている。回折格子レンズ２１Ａと回折格子レンズ２１Ｂとは、回折格子レンズ２１Ｂの表面に設けられた回折格子１７２と光学調整層２４との間に間隙２３が形成されるように保持されている。
【００７６】
回折格子レンズが積層された光学素子３および光学素子３’においても、第１の実施形態で説明したような構造を回折格子１７２が備えるため、縞状フレアの影響が抑制される。
【００７７】
（第４の実施形態）
本発明による撮像装置の実施形態を説明する。図１２は、本実施形態の撮像装置４の構成を示す模式的な断面図である。撮像装置４は、レンズ９１と、回折格子レンズ１’’と、絞り９２と撮像素子１７４とを含む。本実施形態では、回折格子レンズ１’’以外にレンズ９１を備えているが、撮像装置４に使用される回折格子レンズ１’’を含むレンズ枚数は必ずしも２枚である必要はなく、１枚であってもよいし３枚以上であってもよい。レンズ枚数を増やすことで、光学性能を向上させることができる。また、レンズ９１や回折格子レンズ１’’のベース形状は球面であっても非球面であってもよい。
【００７８】
回折格子レンズ１’’は、第１の表面１７１ａのベース形状が、凹型であることを除いて、第１の実施形態の回折格子レンズ１と同じ構造を備える。
【００７９】
撮像用光学系が複数のレンズを有する場合、回折格子１７２が形成されているレンズは複数のレンズのうちのどのレンズでもよい。また、回折格子１７２が設けられた面は、被写体側に配置されてもよいし、像側に配置されてもよく、複数面であってもよい。回折格子１７２の輪帯は、撮像用光学系において収差特性を良好にするために、光軸１７３に対し回転対称であることが望ましい。
【００８０】
本実施形態では、絞り９２はレンズ９１と回折格子レンズ１’’との間に設けられているが、絞り９２の位置は任意であり、光学設計によって決定される。絞り９２が回折格子レンズ１’’より像側に設けられており、光線が通る有効領域が回折格子１７２全体となる場合は、輪帯の全周に対して光が透過するため、凹部１１および凸部１２は輪帯の略全周に形成することが好ましい。
【００８１】
これに対し、絞り９２が回折格子１７２より被写体側に設けられる場合は、絞り９２により制限される画角での有効領域は、輪帯の一部分となる。この場合には、輪帯の有効領域内において凹部１１および凸部１２を形成すればよい。
【００８２】
なお、縞状フレアの発生は、撮像用光学系における回折格子が設けられるレンズ面の位置、回折格子の輪帯数、回折段差長ｄ、絞りの位置、回折面の位相関係などにより変化する。このため、凹部１１および凸部１２の形状や凹部１１および凸部１２を設ける輪帯の位置などをこれらの要因に応じて適宜設定することができる。
【００８３】
本実施形態の撮像装置は、画像周辺部における縞状フレア１９１の影響を抑制する効果が大きいことから、特に広角撮影の用途に適している。
【００８４】
（第５の実施形態）
本発明による回折格子レンズの製造方法の実施形態を説明する。
【００８５】
まず、複数の輪帯のうち少なくとも１本に凹部１１および凸部１２が形成された回折格子レンズを作製する。
【００８６】
レンズ基体１７１を成形により作製する場合、成形型に輪帯形状とともに凹部１１および凸部１２の形状をあらかじめ形成しておくことにより、輪帯形状を有するレンズ基体１７１を作製するのと同時に凹部１１および凸部１２を輪帯に形成することができる。成形型への凹部１１および凸部１２形状の形成には、ダイヤモンドバイト等を用いた切削、砥石等を用いた研削、エッチング、マスター型からの転写等の手法を用いることができる。成形には、射出成形、プレス成形、注型成形等を用いることができる。
【００８７】
この製造方法によれば、各回折格子レンズに凹部１１および凸部１２を個別に形成する必要がなく、輪帯形状と凹部１１および凸部１２とを一体的に形成することができるため、生産性が非常に高い。また、レンズ基体１７１の材料として、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、エネルギー線硬化性樹脂、低温成形用ガラス等、種々の樹脂やガラスを用いることができ、用途等に応じで適切なレンズ基体の材料を選択することが可能である。
【００８８】
レンズ基体１７１を切削または研削により作製する場合には、輪帯形状を切削により成形するのと同時に凹部１１および凸部１２の形状も加工すればよい。この場合、形状加工の容易性から、レンズ基体１７１の材料として、ポリカーボネート、脂環式オレフィン樹脂、ＰＭＭＡ等の熱可塑性樹脂を使用することが特に好ましい。
【００８９】
この他、成形等によって、輪帯形状を有するレンズ基体１７１を形成した後、エッチング、レーザ描画、電子線描画などを用いて輪帯に凹部１１を形成し、塗布、印刷等によりレンズ基体１７１の材料を輪帯形状に付与することによって凸部１２を形成してもよい。また、光造形などによって、凹部１１および凸部１２を有する輪帯形状を備えたレンズ基体１７１全体を成形してもよい。
【００９０】
上述の方法によって輪帯に形成された凹部１１および凸部１２には、成形条件や切削に使用するバイト形状に起因するＲ形状が付与される場合があるが、撮影画像に対して画質劣化が生じない範囲内であれば特に問題はない。上述した方法によって、第１の実施形態の回折格子レンズを製造することができる。
【００９１】
第２の実施形態の回折格子レンズを製造する場合には、上述した方法によって作製した回折格子レンズの回折格子１７２を覆うように、光学調整層１８１を形成する工程を実施する。
【００９２】
第２の実施形態においても述べたように、第２の実施形態の回折格子レンズは、第１の実施形態に比べて相対的に長い回折段差長ｄを有する。このため、凹部１１および凸部１２の高さも大きくなり、成形または切削により形成することが容易となり、縞状フレア１９１による影響を効果的に抑制したレンズを効率的に生産することが可能となる。
【００９３】
光学調整層１８１を構成する材料としては、式（３）を満たす屈折率特性および十分な光線透過率を有し、輪帯と、輪帯に設けられる凹部および凸部とを空隙なく充填し、かつ、レンズ特性を損なわない表面形状を形成できるものであれば特に限定されない。例えば樹脂、ガラス、透明セラミック、樹脂中に無機粒子を分散させたコンポジット材料、有機成分と無機成分を複合させたハイブリッド材料等の材質を用いればよい。特に光学調整層１８１の表面形状形成の容易性から、樹脂、コンポジット材料、ハイブリッド材料のいずれかを使用することが特に好ましい。
【００９４】
光学調整層１８１の形成方法には、光学調整層１８１の構成材料や要求される表面形状精度等に応じて、成形や、スクリーン印刷、パッド印刷、インクジェット法等の塗布・印刷等の中から適宜選定することができる。複数の工程を組み合わせて光学調整層１８を形成してもよい。
【００９５】
このようにして形成される第２の実施形態の回折格子レンズおよび第１の実施形態の回折格子レンズの表面に、必要に応じてさらにコーティング層を形成してもよい。コーティング層の例としては、反射防止層、ハードコート層、紫外線カット層や赤外線カット層等の波長選択層等が挙げられる。
【００９６】
（実施例１）
図１３（ａ）は実施例１の回折格子レンズの１つの輪帯を光軸方向から見た部分平面図である。絞りは回折格子面から離れた位置に設置してあり、回折格子面での有効領域は、輪帯の一部分である。したがって、図１３（ａ）においても有効領域内の輪帯の一部分のみを示した。本実施例の回折格子レンズにおいては、輪帯の外側の端部１３Ｅに凹部１１が設けられ、内側の端部１３Ｅに凸部１２が設けられている。図１３（ｂ）は、式（３）で決定される設計回折段差長ｄを１００％とした場合の、輪帯の高さ方向のプロファイルを示す。輪帯の最小ピッチＰは１８μｍであり、そのうち凹部１１の幅Ａ、および凸部１２の幅Ｂはそれぞれ３μｍとした。凹部１１および凸部１２の高さは、それぞれ回折段差長ｄの１０％とした。
【００９７】
本実施例の回折格子レンズを用いて集光した光を撮像素子によって撮影した場合の、撮影画像を図１４に示す。図１４において中央部の点線白枠で囲まれた領域の光がメインの光であり、点線白枠外に発生している光が縞状フレア１９１である。図１４は後述する比較例に対し、縞状フレア１９１の発生位置がシフトしていることがわかる。これは、輪帯先端部に凹部１１を、隣接する輪帯との境界部に凸部１２をそれぞれ形成したことによる効果である。
【００９８】
本実施例の回折格子レンズを用いて、縞状フレア１９１の定量評価を実施した。回折格子レンズについては、ビスフェノールＡ系ポリカーボネート（ｄ線屈折率１．５８５、アッベ数２７．９）を用いて射出成形により作製し、同時に全ての輪帯に対して凹部１１および凸部１２を全周にわたって形成した。設計回折段差長ｄは１５μｍ、凹部１１および凸部１２の高さはそれぞれ１．５μｍとし、これらを覆うように、アクリレート系紫外線硬化樹脂中に酸化ジルコニウム粒子（平均粒径５ｎｍ）を分散させたコンポジット材料（ｄ線屈折率１．６２３、アッベ数４０）からなる光学調整層を形成した。暗室中に本実施例の回折格子レンズを用いたカメラを設置し、半画角６０度の方向にハロゲンランプを設置した。前記カメラを用いて撮影したハロゲンランプの画像から、周辺に発生する縞状フレア１９１の積算輝度を算出した。
【００９９】
計測の結果、本実施例の回折格子レンズを使用すると、後述する比較例１の回折格子レンズを使用した場合と比較して縞状フレア１９１の積算輝度が６３％低減されることを確認した。
【０１００】
（実施例２）
図１５（ａ）は実施例２の回折格子レンズの１つの輪帯を光軸方向から見た部分平面図である。絞りは回折格子面から離れた位置に設けられている。実施例１と同様、絞りは回折格子面から離れた位置に設置してあり、回折格子面での有効領域は、輪帯の一部分である。したがって、図１５（ａ）においても有効領域内の輪帯の一部分のみを示した。本実施例の回折格子レンズにおいては、輪帯の外側の端部１３Ｅに凹部１１が設けられ、内側の端部１３Ｅに凸部１２が設けられている。図１３（ｂ）は、式（３）で決定される設計回折段差長ｄを１００％とした場合の、輪帯の高さ方向のプロファイルを示す。輪帯の最小ピッチＰは１８μｍであり、そのうち凹部１１の幅Ａ、および凸部１２の幅Ｂはそれぞれ１．５μｍとした。凹部１１および凸部１２の高さは、それぞれ回折段差長ｄの５％とした。
【０１０１】
本実施例の回折格子レンズを用いて集光した光を撮像素子によって撮影した場合の、撮影画像を図１６に示す。図１６において中央部の点線白枠で囲まれた領域の光がメインの光であり、点線白枠外に発生している光が縞状フレア１９１である。図１６に示すように、実施例１と同様、比較例に対し、縞状フレア１９１の発生位置が移動し、実施例１と同様の縞状フレア１９１の低減効果が見られた。
【０１０２】
（比較例）
図１７（ａ）は比較例の回折格子レンズの１つの輪帯を光軸方向から見た部分平面図である。絞りは回折格子面から離れた位置に設けられている。実施例１と同様、絞りは回折格子面から離れた位置に設置してあり、回折格子面での有効領域は、輪帯の一部分である。したがって、図１７（ａ）においても有効領域内の輪帯の一部分のみを示した。比較例の回折格子レンズにおいては、輪帯のベース形状および位相関数は実施例１と同じであるが、凹部１１および凸部１２のいずれも形成されない。
【０１０３】
比較例の回折格子レンズを用いて集光した光を撮像素子によって撮影した場合の、撮影画像を図１８に示す。図１８において、中央部の点線白枠で囲まれた領域の光がメインの光であり、点線白枠外に発生している光が縞状フレア１９１である。図１８において、縞状フレア１９１は本来の集光位置に対して左右対称に発生していることがわかる。
【０１０４】
本比較例の回折格子レンズを用いて、実施例１と同様の方法により縞状フレア１９１の評価を実施したところ、本来のハロゲンランプ像の集光点に対して画像中央よりに、縞状フレア１９１が発生した。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明にかかる回折格子レンズおよびそれを用いた撮像装置は、縞状のフレア光を低減する機能を有し、高品質なカメラとして特に有用である。例えばデジタルカメラ、携帯機器搭載用カメラ、車載カメラ、監視カメラ、医療用カメラ、測距センサ、モーションセンサ等の用途に応用できる。
【符号の説明】
【０１０６】
１１    凹部
１２    凸部
１３、２０１    輪帯
１４    回折段差
９１    レンズ
９２    絞り
１７１    レンズ基体
１７２    回折格子
１７３    光軸
１７４    撮像素子
１７５    １次回折光
１７６    不要次数回折光
１８１    光学調整層
１９１    縞状フレア
２１１    波面の回り込み
【図１】
2012023275.tif 000012
【図２】
2012023275.tif 000013
【図３】
2012023275.tif 000014
【図４】
2012023275.tif 000015
【図５】
2012023275.tif 000016
【図６】
2012023275.tif 000017
【図７】
2012023275.tif 000018
【図８】
2012023275.tif 000019
【図９】
2012023275.tif 000020
【図１０】
2012023275.tif 000021
【図１１】
2012023275.tif 000022
【図１２】
2012023275.tif 000023
【図１３】
2012023275.tif 000024
【図１４】
2012023275.tif 000025
【図１５】
2012023275.tif 000026
【図１６】
2012023275.tif 000027
【図１７】
2012023275.tif 000028
【図１８】
2012023275.tif 000029
【図１９】
2012023275.tif 000030
【図２０】
2012023275.tif 000031
【図２１】
2012023275.tif 000032
【図２２】
2012023275.tif 000033
【図２３】
2012023275.tif 000034
【図２４】
2012023275.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月23日(2012.3.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の回折格子レンズは、レンズ基体と、前記レンズ基体の表面に設けられており、複数の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた同心円状の複数の輪帯とを含む回折格子とを備えた回折格子レンズであって、前記レンズ基体は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、前記回折格子は空気と接し、前記複数の輪帯のそれぞれは、半径方向において、中央部および前記中央部を挟む一対の端部を含み、前記複数の輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、前記一対の端部の一方の少なくとも一部に凹部および凸部の一方が設けられ、前記一対の端部の他方の少なくとも一部に前記凹部および前記凸部の他方が設けられており、前記回折段差の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として
【数３】
2012023275.tif 000036
の関係を満たしている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
レンズ基体１７１は、第１の材料からなる。第１の材料の屈折率は、ｎ1（λ）で表わされる。ここでλは回折格子レンズ１の使用波長である。第１の材料の屈折率は波長依存性があり、波長の関数である。また、回折格子１７２は、屈折率ｎ2（λ）の媒質と接している。典型的な回折格子レンズ１の使用例では、媒質は、空気であり、屈折率ｎ2（λ）は１である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
図２に示すように、本実施形態では、各輪帯１３は、半径方向において、中央部１３Ｃおよび中央部１３Ｃを挟む一対の端部１３Ｅを含んでいる。各輪帯１３において、内側の端部１３Ｅには、凹部１１が設けられており、外側の端部１３Ｅには凸部１２が設けられている。凹部１１および凸部１２は、内側の端部１３Ｅおよび外側の端部１３Ｅのそれぞれの一部に設けられており、好ましくは、内側の端部１３Ｅおよび外側の端部１３Ｅの全体にわたって設けられている。各輪帯１３は、回折格子レンズ１の光軸１７３を含む平面において、鋸刃の断面形状を有しており、回折格子レンズ１の中心側に鋸刃の先端が位置し、外側に鋸刃の根元が位置している。レンズ基体１７１の屈折率ｎ1（λ）が、回折格子１７２の接する媒質の屈折率ｎ2（λ）より大きい場合、この形状により、回折格子１７２は１次の回折光を利用して光を集光する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
図３は、回折格子レンズ１の光軸を含む平面における回折格子１７２近傍の断面図である。レンズ基体１７１の屈折率ｎ1（λ）が、回折格子１７２に接する媒質の屈折率ｎ2（λ）よりも大きい場合、回折格子１７２の各輪帯１３において、凸部１２が設けられている部分では、レンズ基体１７１を透過する光の光路長が凸部１２の分だけ長くなる。逆に、凹部１１が設けられている部分では、レンズ基体１７１を透過する光の光路長が凹部１１の分だけ短くなる。その結果、各輪帯１３を透過した光のうち、輪帯１３の内側の端部１３Ｅに位置する凹部１１を透過した光の波面は、輪帯１３の中央部１３ｃを透過した光の波面よりも進む。また、輪帯１３の外側の端部１３Ｅに位置する凸部１２を透過した光の波面は、輪帯１３の中央部１３ｃを透過した光の波面よりも遅れる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
また、上記実施形態とは異なり、レンズ基体１７１の屈折率ｎ1（λ）は、回折格子１７２の接する媒質の屈折率ｎ2（λ）より小さくてもよい。図７に示す回折格子レンズ１’は、媒質の屈折率ｎ2（λ）より小さい屈折率ｎ1（λ）を有するレンズ基体１７１を備えている。第２の実施形態で説明するように、例えば、回折格子１７２の表面を光学調整層で覆う場合において、光学調整層の屈折率の方が、レンズ基体１７１の屈折率ｎ1（λ）より大きい場合、図７に示す構造が好適に用いられる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
図７に示すように、回折格子レンズ１’において、各輪帯１３は、回折格子レンズ１の光軸１７３を含む平面において、鋸刃の断面形状を有しており、回折格子レンズ１の中心側に鋸刃の根元が位置し、外側に鋸刃の先端が位置している。レンズ基体の屈折率ｎ1（λ）が、回折格子１７２の接する媒質の屈折率ｎ2（λ）より小さい場合、この形状により、回折格子１７２は１次の回折光を利用して光を集光する。また、各輪帯１３において、内側の端部１３Ｅには、凸部１２が設けられており、外側の端部１３Ｅには凹部１１が設けられている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
回折格子レンズ１’において、レンズ基体の屈折率ｎ1（λ）が、回折格子１７２の接する媒質の屈折率ｎ2（λ）より小さいため、各輪帯１３を透過した光のうち、輪帯１３の内側の端部１３Ｅに位置する凸部１２を透過した光の波面は、輪帯１３の中央部１３ｃを透過した光の波面よりも進む。また、輪帯１３の外側の端部１３Ｅに位置する凹部１１を透過した光の波面は、輪帯１３の中央部１３ｃを透過した光の波面よりも遅れる。このため、輪帯の中央部１３ｃを透過して進行する光の方向に対して回り込んだ光の波面の進行方向は、外側、つまり、矢印Ｑの方向に変化する。これにより、撮像素子上における縞状フレア１９１の集光位置が外側（撮像面における周辺側）へシフトし、縞状フレア１９１の像の一部が光源の像１９０と重なる。その結果、光源周辺に発生する縞状フレアの積算光量を低減し、得られる撮影画像の縞状フレアによる影響が低減できる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９３】
光学調整層１８１を構成する材料としては、式（４）を満たす屈折率特性および十分な光線透過率を有し、輪帯と、輪帯に設けられる凹部および凸部とを空隙なく充填し、かつ、レンズ特性を損なわない表面形状を形成できるものであれば特に限定されない。例えば樹脂、ガラス、透明セラミック、樹脂中に無機粒子を分散させたコンポジット材料、有機成分と無機成分を複合させたハイブリッド材料等の材質を用いればよい。特に光学調整層１８１の表面形状形成の容易性から、樹脂、コンポジット材料、ハイブリッド材料のいずれかを使用することが特に好ましい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９６】
（実施例１）
図１３（ａ）は実施例１の回折格子レンズの１つの輪帯を光軸方向から見た部分平面図である。絞りは回折格子面から離れた位置に設置してあり、回折格子面での有効領域は、輪帯の一部分である。したがって、図１３（ａ）においても有効領域内の輪帯の一部分のみを示した。本実施例の回折格子レンズにおいては、輪帯の外側の端部１３Ｅに凹部１１が設けられ、内側の端部１３Ｅに凸部１２が設けられている。図１３（ｂ）は、式（４）で決定される設計回折段差長ｄを１００％とした場合の、輪帯の高さ方向のプロファイルを示す。輪帯の最小ピッチＰは１８μｍであり、そのうち凹部１１の幅Ａ、および凸部１２の幅Ｂはそれぞれ３μｍとした。凹部１１および凸部１２の高さは、それぞれ回折段差長ｄの１０％とした。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１００
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１００】
（実施例２）
図１５（ａ）は実施例２の回折格子レンズの１つの輪帯を光軸方向から見た部分平面図である。絞りは回折格子面から離れた位置に設けられている。実施例１と同様、絞りは回折格子面から離れた位置に設置してあり、回折格子面での有効領域は、輪帯の一部分である。したがって、図１５（ａ）においても有効領域内の輪帯の一部分のみを示した。本実施例の回折格子レンズにおいては、輪帯の外側の端部１３Ｅに凹部１１が設けられ、内側の端部１３Ｅに凸部１２が設けられている。図１３（ｂ）は、式（４）で決定される設計回折段差長ｄを１００％とした場合の、輪帯の高さ方向のプロファイルを示す。輪帯の最小ピッチＰは１８μｍであり、そのうち凹部１１の幅Ａ、および凸部１２の幅Ｂはそれぞれ１．５μｍとした。凹部１１および凸部１２の高さは、それぞれ回折段差長ｄの５％とした。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ基体と、
前記レンズ基体の表面に設けられており、複数の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた同心円状の複数の輪帯とを含む回折格子と
を備えた回折格子レンズであって、
前記レンズ基体は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、
前記回折格子は空気と接し、
前記複数の輪帯のそれぞれは、半径方向において、中央部および前記中央部を挟む一対の端部を含み、前記複数の輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、前記一対の端部の一方の少なくとも一部に凹部および凸部の一方が設けられ、前記一対の端部の他方の少なくとも一部に前記凹部および前記凸部の他方が設けられており、
前記回折段差の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として
【数７】
2012023275.tif 000037
の関係を満たし、
前記複数の輪帯の中央部は、
【数１】
2012023275.tif 000038
で示される位相関数によって決定される形状を有している、回折格子レンズ。
【請求項２】
レンズ基体と、
前記レンズ基体の表面に設けられており、同心円状の複数の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた同心円状の複数の輪帯とを含む回折格子と、
前記回折格子を覆って前記レンズ基体に設けられた光学調整層と
を備えた回折格子レンズであって、
前記レンズ基体は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、
前記光学調整層は、前記使用波長λにおいて、屈折率ｎ2（λ）を有する第２の材料からなり、
前記複数の輪帯のそれぞれは、半径方向において、中央部および前記中央部を挟む一対の端部を含み、前記複数の輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、前記一対の端部の一方の少なくとも一部に凹部および凸部の一方が設けられ、前記一対の端部の他方の少なくとも一部に前記凹部および前記凸部の他方が設けられており、
前記回折段差の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として
【数８】
2012023275.tif 000039
の関係を満たし、
前記複数の輪帯の中央部は、
【数１】
2012023275.tif 000040
で示される位相関数によって決定される形状を有している、回折格子レンズ。
【請求項３】
前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は、前記少なくとも１つの輪帯の略全周にわたって設けられている請求項１または２に記載の回折格子レンズ。
【請求項４】
前記凸部および前記凹部の前記回折格子の光軸を含む平面上であって前記光軸と垂直な方向における幅は、前記少なくとも１つの輪帯の前記回折格子の光軸を含む平面上であって前記光軸と垂直な方向における幅の５％以上２５％以下の範囲にある請求項３に記載の回折格子レンズ。
【請求項５】
前記凸部および前記凹部の前記回折格子の光軸方向における高さは、前記回折段差の設計段差長ｄの３％以上２０％以下の範囲にある請求項４に記載の回折格子レンズ。
【請求項６】
前記複数の輪帯において、前記凸部および前記凹部が設けられている請求項５に記載の回折格子レンズ。
【請求項７】
前記複数の輪帯のうち、前記回折格子の外周近傍の少なくとも２つにおいて、前記凸部および前記凹部が設けられている請求項６に記載の回折格子レンズ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに規定される回折格子レンズと、
撮像素子と
を備えた撮像装置。
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月19日(2012.7.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ基体と、
前記レンズ基体の表面に設けられており、複数の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた同心円状の複数の輪帯とを含む回折格子と
を備えた回折格子レンズであって、
前記レンズ基体は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、
前記回折格子は空気と接し、
前記複数の輪帯のそれぞれは、半径方向において、中央部および前記中央部を挟む一対の端部を含み、前記複数の輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、前記一対の端部の一方の少なくとも一部に凹部および凸部の一方が設けられ、前記一対の端部の他方の少なくとも一部に前記凹部および前記凸部の他方が設けられており、
前記回折段差の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として
【数７】
2012023275.tif 000041
の関係を満たし、
前記複数の輪帯の中央部のそれぞれは、
前記回折格子レンズの光軸に対し直交する方向であり、かつ、互いに直交する方向における位置をｘ及びｙ、設計波長をλ0、ａ1・・・ａiを任意の係数として、
【数１】
2012023275.tif 000042
で示される所定の位相関数を分断して得られる曲面形状であって、極値を有さない形状を有している、回折格子レンズ。
【請求項２】
レンズ基体と、
前記レンズ基体の表面に設けられており、同心円状の複数の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた同心円状の複数の輪帯とを含む回折格子と、
前記回折格子を覆って前記レンズ基体に設けられた光学調整層と
を備えた回折格子レンズであって、
前記レンズ基体は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、
前記光学調整層は、前記使用波長λにおいて、屈折率ｎ2（λ）を有する第２の材料からなり、
前記複数の輪帯のそれぞれは、半径方向において、中央部および前記中央部を挟む一対の端部を含み、前記複数の輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、前記一対の端部の一方の少なくとも一部に凹部および凸部の一方が設けられ、前記一対の端部の他方の少なくとも一部に前記凹部および前記凸部の他方が設けられており、
前記回折段差の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として
【数８】
2012023275.tif 000043
の関係を満たし、
前記複数の輪帯の中央部のそれぞれは、
前記回折格子レンズの光軸に対し直交する方向であり、かつ、互いに直交する方向における位置をｘ及びｙ、設計波長をλ0、ａ1・・・ａiを任意の係数として、
【数１】
2012023275.tif 000044
で示される所定の位相関数を分断して得られる曲面形状であって、極値を有さない形状を有している、回折格子レンズ。
【請求項３】
前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は、前記少なくとも１つの輪帯の略全周にわたって設けられている請求項１または２に記載の回折格子レンズ。
【請求項４】
前記凸部および前記凹部の前記回折格子の光軸を含む平面上であって前記光軸と垂直な方向における幅は、前記少なくとも１つの輪帯の前記回折格子の光軸を含む平面上であって前記光軸と垂直な方向における幅の５％以上２５％以下の範囲にある請求項３に記載の回折格子レンズ。
【請求項５】
前記凸部および前記凹部の前記回折格子の光軸方向における高さは、前記回折段差の設計段差長ｄの３％以上２０％以下の範囲にある請求項４に記載の回折格子レンズ。
【請求項６】
前記複数の輪帯において、前記凸部および前記凹部が設けられている請求項５に記載の回折格子レンズ。
【請求項７】
前記複数の輪帯のうち、前記回折格子の外周近傍の少なくとも２つにおいて、前記凸部および前記凹部が設けられている請求項６に記載の回折格子レンズ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに規定される回折格子レンズと、
撮像素子と
を備えた撮像装置。
【国際調査報告】
2012023275.tif 000045
2012023275.tif 000046
2012023275.tif 000047
2012023275.tif 000048